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Gegenwart und Zukunft in der WindenergieBautechnik7/2016496Aus den Hochschulen

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Wieser, Thomas; Lackner, Christian; Fürtbauer, StefanEin Damm geht in die Knie - S7 Paslek-Milomlyn, Polen - Schadensanalyse und SanierungBautechnik7/2016497-502Berichte

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Im Jahr 2012 wurde der 36,5 km lange Abschnitt der Schnellstraße S7 zwischen den polnischen Ortschaften Paslek und Milomlyn fertiggestellt. In Teilbereichen querte die Trasse bis zu 11 m mächtige organische Bodenschichten mit weicher bis breiiger Konsistenz. Aus diesem Grund wurden vom Bauherrnplaner in Abhängigkeit des anstehenden Baugrunds Bodenverbesserungen mittels unbewehrter, im Vollverdrängungsverfahren hergestellter Betonpfähle sowie ein mit Geotextilien bewehrter Erddamm vorgesehen. Trotz der ausgeführten Baugrundverbesserung traten entlang eines 35 m langen Straßenabschnitts bereits sieben Monate nach Verkehrsfreigabe Setzungen der Fahrbahnoberkante von bis zu 70 cm auf. Nach der Befundaufnahme wurden durch die Zentrale Technik - Technisches Büro Wien mithilfe von 2-D-Finite-Elemente-Untersuchungen sowie konventionellen Berechnungsmethoden Schadensanalysen zur Ursachenfindung der Setzungsschäden durchgeführt. Im Fokus des vorliegenden Beitrags stehen die durchgeführte Begutachtung des Schadens sowie die Vorstellung von Sanierungskonzepten und die vor Ort ausgeführte Instandsetzung des Straßendamms.

An embankment on its knees - S7 Paslek-Milomlyn, Poland - Failure analysis and restoration
In 2012 the 36,5 km long section of the expressway S7 between the Polish villages Paslek and Milomlyn was completed. The road alignment partially crossed up to 11 m thick organic soil formations showing a consistency in the range of plastic to soft plastic. Therefore subsoil improvement measures such as unreinforced full displacement concrete piles and a geotextile reinforced embankment were designed by the owner. Despite the executed soil improvement measures only seven months after the release for traffic settlements up to 70 cm occurred along a 35 m long section of the expressway. Utilizing 2D Finite Element Method as well as comparative calculations using conventional methods a failure back analysis was conducted by Zentrale Technik - Technical Office Vienna. The article at hand focusses on the executed assessment of damage as well as on the results of the performed failure analyses and furthermore the elaborated restoring concepts and the restoring measure executed on site are presented.

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Helfers, Björn; Krawczyk, AnikaU4 Hamburg HafenCity - Tunnel Baakenhafen und Trog Baakenwerder Straße (T+T) - 3-D-Ankerplanung im interaktiven Dialog mit Planern und AusführendenBautechnik7/2016503-509Berichte

Kurzfassung

Mit dem erfolgten Bau der Linie U4 von der Station “Jungfernstieg” zur Station “HafenCity Universität” wurde die westliche und zentrale HafenCity mit einem leistungsfähigen, öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) bereits erschlossen. Die neuen in Planung befindlichen Quartiere der östlichen HafenCity erfordern ebenfalls eine leistungsfähige ÖPNV-Erschließung. Hierfür wird die U4 von der Haltestelle “HafenCity Universität” bis zur Haltestelle “Elbbrücken” verlängert. Bei der Baumaßnahme “U4 Tunnel Baakenhafen und Trog Baakenwerder Straße” (nachstehend T+T genannt) handelt es sich um ein ca. 710 m langes Rahmentunnelbauwerk sowie ein ca. 230 m langes Rahmentrogbauwerk als WU-Beton-Konstruktion. Die Strecke wird auf gesamter Länge zweigleisig ausgeführt. Die Errichtung der Ingenieurbauwerke erfolgt im Schutz wasserdichter Schlitzwandbaugruben mit rückverankerten Unterwasserbetonsohlen. Insbesondere die Planung und Ausführung der Rückverankerungen im Trogbereich erfordern eine hohe Planungs- und Ausführungsqualität, um Kollisionen mit im Baufeld vorhandenen Bauwerken und Rückverankerungen Dritter zu vermeiden. Für solche Planungsaufgaben ist eine dreidimensionale Ankerplanung unverzichtbar und bietet viele Vorteile sowohl in der Planung als auch bei der Qualitätssicherung während der Ausführung.

U4 Hamburg HafenCity - tunnel Baakenhafen and trough Baakenwerder Straße (T+T) - anchor planning 3-D in the interactive dialogue with planners and executors
With the completing of the construction of the subway line U4 from the station “Jungfernstieg” to the station “HafenCity Universität” the western and central part of the HafenCity were connected to an efficient public transport. The new quarters in the eastern part of the HafenCity that are currently planned also need an efficient public transport. For this purpose the line U4 will be extended from the station “HafenCity Universität” to the station “Elbbrücken”. The building project “U4 Tunnel Baakenhafen und Trog Baakenwerder Straße” (hereafter called T+T) involves an approximately 710 m long tunnel as well as an approximately 230 m long trough construction made of waterproof concrete. The line will be executed double tracked. The installation of the civil engineering structure will be done in the protection of a watertight excavation pit made out of diaphragm walls and an anchored underwater concrete base. In particular the planning and execution of the grouted anchors in the area of the trough require a high quality in planning and execution to avoid collisions with other existing structures and anchors. For such planning tasks a 3-dimensional planning of the anchors is essential and offers many advantages for planning as well as quality assurance during the construction work.

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Alex, Jörg; Berlin, ManfredBrücke Wolken - Erneuerung einer 165 Jahre alten ehemaligen Eisenbahnbrücke im Zuge des internationalen Radfahrweges Berlin-KopenhagenBautechnik7/2016510-513Berichte

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Eine 1847 errichtete Eisenbahnbrücke, ein technisches Denkmal, das zuletzt als landwirtschaftliche Wege- und Radwegbrücke genutzt wurde, musste mit einer Zustandsnote 4,0 gesperrt werden. Die Planung einer additiven Lösung für das historische Bauwerk ermöglicht eine grundhafte Instandsetzung, die sowohl die Anforderungen des Denkmalschutzes und die heutigen technischen Vorschriften erfüllt.

Bridge in the town of Wolken - Renovation of a 165-year-old former railway bridge as part of the international cycle route Berlin-Copenhagen
A railway bridge built in 1847, which has been classified as an historic technical monument and until recently been used as an agricultural road and cycle route bridge, had to be closed due to its 4.0 condition rating (i.e. very poor). The planning of an additive solution for the historic structure will allow for a basic renovation that will both fulfil monument protection requirements and today's technical regulations.

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Bautechnik aktuell 7/2016Bautechnik7/2016515-517Bautechnik aktuell

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Firmen und Verbände:
Lebensraum schaffen mit leichten Systemen aus Stahl / Abwasserentsorger protestieren gegen die geplante Novellierung des Energie- und Stromsteuergesetzes / Mitgliederversammlung des rbv wählt neues Präsidium / Neuauflage: ABC Barrierefreies Bauen jetzt erschienen

Persönliches: Peter Hübner ist neuer Präsident der Deutschen Bauindustrie

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik7/2016518Veranstaltungskalender

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 7/2016Beton- und Stahlbetonbau7/2016Inhalt

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Morgen, KarlIngenieurhonorare und MarktwirtschaftBeton- und Stahlbetonbau7/2016407Editorial

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Kolodziejczyk, Agnieszka; Höller, Tobias; Maurer, Reinhard; Sauermann, KnudUntersuchungen zum Ansatz der Vorverformungen beim Nachweis der Kippsicherheit schlanker TrägerBeton- und Stahlbetonbau7/2016408-418Fachthemen

Kurzfassung

Die sichere und zugleich wirtschaftliche Bemessung kippgefährdeter schlanker Stahlbeton- und Spannbetonträger erfordert eine realitätsnahe Berechnung nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung des nichtlinearen Werkstoffverhaltens. Neben dem Steifigkeitsabfall infolge Rissbildung stellen dabei die geometrischen Ersatzimperfektionen einen wichtigen Einflussparameter dar. Letztere müssen sowohl Bauungenauigkeiten als auch strukturelle Imperfektionen abdecken.
Die Empfehlung der DIN EN 1992-1-1, die geometrischen Imperfektionen affin zur ersten Eigenform mit einem maximalen Stich ei,geom = Leff/300 anzusetzen, erscheint insbesondere bei großen Spannweiten sehr konservativ. Für die Überprüfung dieses Ansatzes wurden Laserscan-Messungen von herstellungs- und einbaubedingten Imperfektionen an schlanken Stahlbetonbindern der Lärmschutzeinhausung Köln-Lövenich durchgeführt.
Auf Grundlage nichtlinearer Simulationsrechnungen werden die gemessenen geometrischen Imperfektionen auf äquivalente Vorverformungen analog zum Normansatz mit einer maximalen Auslenkung ei,geom zurückgeführt und statistisch ausgewertet. Darüber hinaus wird der Einfluss von strukturellen Imperfektionen infolge von Eigenspannungen durch Spannungsumlagerungen infolge Kriechens und Schwindens des Betons untersucht.

Investigation of initial imperfections for the analysis of slender beams against lateral instability
In order to ensure a safe and economic design of slender reinforced and prestressed concrete beams prone to lateral instability, a realistic analysis under consideration of second order effects and the nonlinear material behavior is required. Such analyses are significantly affected by the decrease of member stiffness due to cracking and the consideration of initial imperfections. The latter should cover geometric imperfections resulting from the construction process as well as structural imperfections.
In DIN EN 1992-1-1 it is recommended to assume geometric imperfections corresponding to the first eigenmode with a maximum horizontal deflection of ei,geom = Leff/300. This appears to be very conservative, especially for long-span girders. In order to compare the approach of DIN EN 1992-1-1 with actual values, laserscan measurements of the geometric imperfections of slender reinforced concrete beams of the Köln-Lövenich noise reduction tunnel were performed.
Based on nonlinear FEM-analyses, the measured geometric imperfections are reconverted into equivalent geometric imperfections in line with the approach of DIN EN 1992-1-1 with a maximum horizontal deflection ei,geom. Subsequently, statistical analyses of these values are carried out. Furthermore, the influence of structural imperfections due to internal stresses resulting from stress redistribution between steel and concrete due to creep and shrinkage are investigated.

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Röder, Friedrich-KarlNäherungsweise Berücksichtigung des Betonkriechens beim Nachweis der Kippstabilität von StahlbetonträgernBeton- und Stahlbetonbau7/2016419-430Fachthemen

Kurzfassung

Eine Berücksichtigung der zeitabhängigen Einwirkungen wie Kriechen und Schwinden des Betons auf die Kippstabilität wird in den meisten bekannten gängigen Berechnungsverfahren bisher nicht zufriedenstellend behandelt. Die geltende Norm [1] schreibt für eine Berechnung der Kippstabilität nach Theorie II. Ordnung den Ansatz einer geometrischen Imperfektion vor. Die hier vorgestellte Vorgehensweise berücksichtigt das Langzeitverhalten des Betons beim Stabilitätsnachweis auf Kippen innerhalb dieses Imperfektionsansatzes nur durch eine Änderung der Normvorgabe. Die vorgeschlagene Näherung zur Berücksichtigung des Betonkriechens ist einfach anwendbar und kann mit fast jedem Berechnungsverfahren der Kippstabilität genutzt werden, ohne dass das Berechnungsverfahren selbst verändert werden muss. Wie die Beispielberechnungen zeigen, liefert die vorgestellte Methode plausible Ergebnisse.

Simplified Method of Considering Concrete Creep for Checking Lateral Instability of Reinforced Concrete Beams
The most well-known and established calculation methods for checking lateral instability don't consider satisfyingly the time-dependent effects of concrete creep and shrinkage. The current design code [1] specifies a default value of geometric imperfections for calculating lateral instability using 2nd order theory. The proceeding suggested in this paper considers the long-term behavior of concrete at lateral instability by changing the geometric imperfections specified in the code. The proposed approximation method to consider concrete creep can be applied easily and can be used with nearly each calculation method for checking lateral instability. The method itself has not to be changed for this purpose. As shown by examples, the proposed proceeding produces plausible results.

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Volz, Christof; Fischer, OliverZum Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbetonbalken unter TorsionsbeanspruchungBeton- und Stahlbetonbau7/2016431-444Fachthemen

Kurzfassung

Bei der statischen Berechnung von Tragsystemen des Massivbaus werden zur Schnittgrößenermittlung und zur Verformungsprognose zunehmend numerische Gesamtmodelle verwendet. Bei solchen Modellen kommt vor allem bei komplexeren Strukturen aufgrund der statisch oft hochgradigen Unbestimmtheit einer möglichst wirklichkeitsnahen Abbildung der Steifigkeitsverhältnisse besondere Bedeutung zu. Das gilt aufgrund des großen Steifigkeitsabfalls beim Übergang in den Zustand II insbesondere auch dann, wenn sich torsionsbeanspruchte Stahlbetonbalken maßgeblich am Lastabtrag beteiligen oder/und deren Steifigkeit einen entsprechenden Einfluss auf die Schnittgrößenverteilung im System besitzt. Die zu erwartende reduzierte Torsionssteifigkeit kann dabei gemäß DAfStb Heft 240 für die Schnittgrößenermittlung mit etwa 30 % abgeschätzt werden, während Heft 239 [1] im gerissenen Zustand II einen Wert von 10 % der Steifigkeit der ungerissenen Querschnitte (Zustand I) vorschlägt [2]. Um diese Ansätze kritisch zu hinterfragen und praxistaugliche Empfehlungen für die numerische Berechnung zu geben, werden im vorliegenden Beitrag zunächst an Einzelbalken dokumentierte Versuche der Literatur ausgewertet und bis zur jeweiligen Versagenslast mithilfe des Finite-Elemente-Programms ABAQUS systematisch nachgerechnet. Darüber hinaus werden mittels nichtlinearer Berechnungen unterschiedliche Lagerungsbedingungen in Balkenlängsrichtung untersucht, um den Einfluss einer behinderten Längsdehnung und den damit verbundenen anteiligen Lastabtrag über Wölbkrafttorsion genauer zu beurteilen. Abschließend werden zur Verifizierung der nichtlinearen numerischen Analysen eigene Torsionsversuche durchgeführt und diskutiert.

Load-bearing behaviour and deformation characteristics of RC beams subjected to torsion
Structural analyses of reinforced concrete structures, including the evaluation of internal reactions and deformations, are increasingly characterized by the utilisation of overall numerical models. In doing so, a realistic approximation of stiffness properties becomes more and more important especially in case of complex and highly hyperstatic structural systems being investigated. Due to a dramatic decrease in torsional rigidity upon reaching the so-called cracked state II, this particularly applies where the overall load-bearing behaviour and internal stress distribution is decisively influenced by RC beams subjected to torsion. According to DAfStb report no. 240 [1] internal reactions may be calculated taking into account a reduced torsional stiffness of some 30 % whereas report no. 239 [2] recommends upon completion of the crack formation (state II) to only consider 10 % of the uncracked rigidity (state I). In order to critically discuss these proposals and to derive reasonable recommendations for numerical analyses, the present paper firstly evaluates existing experimental results of individual RC members under torsion which are then numerically analysed along the entire loading path (until failure) using the finite-element-programme Abaqus. In addition, by performing non-linear simulations individual members with different longitudinal bearing conditions are investigated, in order to assess the influence of longitudinal restraints and the related load portion being carried by warping torsion. Finally, corresponding torsion tests are carried out to verify the non-linear analyses.

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Strauß, PeterEine Studie zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit älterer Spannbetonbrücken auf Basis von VersuchsergebnissenBeton- und Stahlbetonbau7/2016445-448Fachthemen

Kurzfassung

In der vorgestellten Studie zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit älterer parallelgurtiger Spannbetonbrücken werden die aus Querkraftversuchen resultierenden cot &thgr;-Werte mit den normgemäßen Werten und den an einem alternativen Rechenmodell ermittelten cot &thgr;-Werten verglichen. Die Ergebnisse der Studie gelten nur für den Sonderfall einer senkrechten Querkraftbewehrung (&agr; = 90°).

A study to determine the shear capacity of older prestressed concrete bridges based on test results
In the presented study to determine the shear resistance of older prestressed concrete bridges with parallel girders the cot &thgr; values resulting from shear experiments will be compared with the standard values and values determined on an alternative computing model. The results of the study apply only to the special case of a vertical shear reinforcement (&agr; = 90°).

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Aigner, Francesco; Brunner, Helmut; Fink, JosefVerbundplatten für EisenbahnbrückenBeton- und Stahlbetonbau7/2016449-459Fachthemen

Kurzfassung

Zu den häufigsten Aufgabenstellungen im Bereich des Eisenbahnbrückenbaus gehört der Ersatz beziehungsweise Neubau von Brücken im Bereich kleiner Stützweiten bis rund 20 m, in welchen über 80 % der Eisenbahnbrücken fallen. Die zu ersetzenden alten Tragwerke waren in der Regel mit offener Fahrbahn ausgeführt worden. Die neuen Tragwerke sollten jedoch - schon aus Gründen der Kontinuität der Fahrbahn und des Lärmschutzes - eine geschlossene Fahrbahn mit einem Schotterbett aufweisen, dessen Dicke im Regelfall 55 cm, mindestens aber 45 cm betragen sollte. Aus diesem Grund und weil die Gradiente in den meisten Fällen nur minimal oder gar nicht angehoben werden kann, muss die Bauhöhe der Tragwerke in der Regel radikal beschränkt werden. In der vorliegenden Arbeit werden Verbundplattenbrücken behandelt, die im Stützweitenbereich zwischen 6,0 m und 20,0 m eine Alternative zu Walzträger-in-Beton-Brücken (WIB-Brücken) darstellen. Mit diesem Brückentyp lassen sich je nach Stützweite “Tragwerksschlankheiten” zwischen 17,6 und 19,9 erreichen.

Composite slab railway bridges
Among the most frequent tasks in the construction of railway bridges there is replacement or new building of structures up to some 20 m, comprising more than 80 % of the railway bridges. Normally the old objects to be replaced had been executed with an open track. The new bridges, however, should feature an enclosed track with a 55 cm (at least 45 cm) thick ballast bed, both for reason of continuity of the deck and of noise protection. For these reasons, and as mostly the gradient cannot be raised but to very small amounts, the height of construction must be limited to small values. This paper deals with composite slab bridges which can be taken as an alternative to filler beam bridges in the span range between 6,0 to 20,0 m. Depending on the span, this bridge type allows length ratios between 17,6 and 19,9.

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Pfeifer, Matthias; Wittenbecher, Ralf; Burger, Günter; Beck, PeterNeugestaltung des denkmalgeschützten Senckenbergareals in Frankfurt/Main - Nutzung vorhandener Qualitäten und Wertschätzung historischer KonstruktionenBeton- und Stahlbetonbau7/2016460-472Berichte

Kurzfassung

Die Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Träger des renommierten Museums und des nicht minder bedeutenden wissenschaftlichen Instituts, erweitert bis Ende 2018 in Frankfurt/Main ihre Räumlichkeiten für Forschung, Sammlung, Veranstaltungen und Verwaltung um ca. 19000 m2. Dazu wurden drei historische Gebäude des “Senckenbergareals” nach den Plänen des Büros Kulka-Architekten, Köln und Dresden, zusammengeführt und so umgestaltet, dass das Ergebnis den Anforderungen eines modernen Forschungsbetriebs sowie zugleich den Belangen des Denkmalschutzes Rechnung trägt.
Das für diese herausfordernde Baumaßnahme mit der Tragwerksplanung beauftragte Ingenieurbüro ProfessorPfeiferundPartner untersuchte zuerst die vor mehr als 100 Jahren errichteten, mehrgeschossigen Bestandsgebäude umfassend auf Standsicherheit und Durchführbarkeit der geplanten Umgestaltungen und Nutzungsänderungen. Die weiteren Planungsleistungen umfassten neben der “behutsamen” Ertüchtigung einzelner Geschossdecken unterschiedlicher Bauart und dem Einbau neuer Decken zur Herstellung der erforderlichen Barrierefreiheit sowie Schaffung zusätzlicher Flächen gemäß den Nutzervorgaben die Ergänzung eines Gebäudeteils mit Überbauung sowie die Zusammenführung der Gebäude durch repräsentative Verbindungsbrücken. Zusätzlich waren komplexe Bauzustände und Abbruchmaßnahmen und die Ertüchtigungen höher belasteter Fundamente durch HD-Injektionen zu beplanen.

Redesign of the listed Senckenbergareal in Frankfurt/Main. Using existing qualities and appreciation of historic structures
The Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (Association for Research in Nature), sponsor of the renowned Senckenberg Museum and equally prestigious Senckenberg Institute, aims to increase its facilities for research, collection and administration in Frankfurt/Main by 19,000m2 by the end of 2018.
Kulka-Architekten, based in Cologne and Dresden, reconfigured and merged three historic buildings to satisfy the demands of a modern research facility while taking account of the historic building preservation act.
The international consultancy ProfessorPfeiferundPartner, which was entrusted with the structural engineering of this challenging project, in a first step assessed the as-built situation of the more than 100 years' old multi-storey buildings for structural stability with a view to establish the feasibility of the envisaged redevelopment.
Further design steps included the “cautious” strengthening of floor slabs of various type, the addition of an annex as well as the joining of buildings by means of imposing connection-bridges. Complex demolition and construction sequence analysis, strengthening of foundations by means of HDI injection as well as the restoration of parts of the sandstone façade elements had to be considered as well.

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Wiens, Udo; Meyer, LarsDBV-/DAfStb-Fachkolloquium "Frischbetonverbundfolie"Beton- und Stahlbetonbau7/2016473-474Berichte

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 7/2016Beton- und Stahlbetonbau7/2016475-480Beton- und Stahlbetonbau aktuell

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Nachrichten:
Österreichischer BAUKONGRESS 2016: Bauen wird binär / Deutscher Bautechnik-Tag 2017 in Stuttgart - Call for Papers und Auslobung für “Rüsch-Forschungspreis” und “Innovationspreis Bautechnik” / Auslobung 2017 - Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis / Viele Aufträge - wenig Mitarbeiter / INGENIEURPREIS 2017 ausgelobt / Ausschreibung Förderpreis der Gesellschaft für Bautechnikgeschichte 2017 / Spannend, vielseitig und nie langweilig

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBeton- und Stahlbetonbau7/2016481-482Veranstaltungskalender

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Inhalt: Stahlbau 7/2016Stahlbau7/2016Inhalt

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Stranghöner, Natalie20. DASt-Forschungskolloquium am 8./9. März 2016 in EssenStahlbau7/2016443Editorial

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Spannaus, Max; Ummenhofer, ThomasZur Sprödbruchsicherheit von Erzeugnissen aus StahlgussStahlbau7/2016444-450Fachthemen

Kurzfassung

Stahlgussbauteile werden häufig für hochbeanspruchte, dickwandige Erzeugnisse eingesetzt. Neben den Gebrauchstauglichkeits- und Tragfähigkeitsnachweisen ist für diese Bauteile aufgrund der Werkstoffungänzen und der daraus resultierenden Spannungsspitzen auch außerhalb der Anschweißenden eine ausreichende Sicherheit gegen sprödes Bauteilversagen sicherzustellen. Vereinfachte Sprödbruchnachweise, denen Worst-Case-Betrachtungen zugrunde liegen, lassen für große Wanddicken jedoch nur deutlich reduzierte Ausnutzungsgrade zu. Allgemein anerkannte Konzepte für die rechnerische Bewertung realitätsnaher Bemessungsszenarien unter Berücksichtigung der Herstellungsqualität von Gussbauteilen gibt es derzeit nicht. Im folgenden Beitrag werden experimentelle Untersuchungen zur Bewertung der Sprödbruchsicherheit von dickwandigen Bauteilen sowie eine detailgetreue Nachweismethode auf Basis numerischer Berechnungen vorgestellt. Diese Ergebnisse wurden im Rahmen einer Dissertation an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) erarbeitet.

Brittle fracture safety of products of cast steel.
Cast steel components are frequently used for highly stressed, thick-walled products. In addition to the proof of serviceability and load-bearing capacity, a sufficient safety against brittle component failure is to be ensured even outside of the welding ends for these components due to the material discontinuities and the resulting stress peaks. Simplified assessments against brittle fracture, that underlie worst-case considerations, allow only significantly reduced utilisation factors for large wall thicknesses. Generally accepted concepts for the arithmetic evaluation of realistic dimensioning scenarios under consideration of the manufacturing quality of cast steel components are currently not available. In the following paper the experimental investigations for evaluating brittle fracture safety of thick-walled components and an accurate detection method on the basis of numerical calculations are presented. These results were developed in the scope of a doctoral thesis at the Research Center for Steel, Timber and Masonry at Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

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Lorenz, Christoph; Stranghöner, NatalieNumerische Simulation des Anziehverhaltens von Schraubverbindungen unter Berücksichtigung des plastischen MaterialverhaltensStahlbau7/2016451-458Fachthemen

Kurzfassung

Das Verständnis des Tragverhaltens in gepaarten Gewinden von Schraubverbindungen ist besonders dann von speziellem Interesse, wenn einzelne Komponenten von Schraubverbindungen mehrfach verwendet werden sollen und/oder diese Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Um eine prinzipielle Aussage über die Eignung zur Mehrfachverwendung von ausgewählten Verschraubungsdetails treffen zu können, werden am Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg-Essen derzeit umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen zum Anziehverhalten von Schraubverbindungen durchgeführt. Zur numerischen Simulation des Anziehverhaltens von Schraubverbindungen wurde hierzu unter anderem auch ein vollständig parametrisiertes 3D-Finite-Elemente-Modell entwickelt und an Versuchsergebnissen kalibriert. Hierbei wurden sowohl die am institutseigenen Anziehprüfstand ermittelten Teilreibungszahlen als auch das plastische Materialverhalten berücksichtigt. Erste numerische Berechnungen zeigen, dass sich das Anziehverhalten von hochfesten Schrauben unter Berücksichtigung des plastischen Materialverhaltens prinzipiell simulieren lässt. Für die Bewertung der Wiederverwendbarkeit lassen sich plastische Dehnungen während des Anziehvorgangs quantifizieren und bewerten.

Numerical simulation of the preloading procedure of bolted assemblies considering plastic material behaviour.
The load bearing behaviour of a preloaded bolted assembly is mainly influenced by the lubricated mating threads of the bolt and the nut. Especially when parts of a bolted assembly shall be reused and/or consist of different materials, an understanding of the stress distribution in the mating threads and the bolt is of great importance. Typical applications for this kind of connections are blind hole connections in transition joints and bridge bearings where high strength bolts are screwed in cut threads made of mild steel. For the numerical simulation of the preloading procedure a full parametrized 3D finite element model of a bolted assembly was built up and calibrated to experimental results achieved from tightening tests using the institutes own tightening torque testing machine. In the finite element model, the nonlinear material behaviour as well as the realistic coefficients of friction can be taken into account. To assess the reusability of different parts of the bolted assemblies, plastic deformations can be quantified and evaluated.

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VDI-Wettbewerb Integrale Planung "Bahnhof Köln Messe/Deutz"Stahlbau7/2016458Aktuell

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Eggert, Florian; Kuhlmann, UlrikeEinfluss des Verdübelungsgrades auf das Tragverhalten von Verbundträgern mit profilierten BetongurtenStahlbau7/2016459-465Fachthemen

Kurzfassung

Im Rahmen eines europäischen Projekts wurden Verbundträger mit Obergurten aus Profilblechen mit Stahlbeton untersucht. Unter bestimmten Voraussetzungen führen die momentan gültigen Regeln in Eurocode 4 für den Mindestverdübelungsgrad dieser Träger zu einer unwirtschaftlichen Bemessung, besonders unter Verwendung moderner Trapezprofilbleche. Des Weiteren ist die Verdübelung durch den Sickenabstand der Profilbleche begrenzt. Um das realistische Verhalten von Verbundträgern mit niedrigem Verdübelungsgrad zu untersuchen, wurde eine umfassende Studie mit Versuchen an Push-out-Prüfkörpern sowie Biegeträgern durchgeführt. Die mit Hilfe dieser Versuche neu gewonnenen Erkenntnisse sollen zu neuen Regeln für die Mindestverdübelung und die Kopfbolzentragfähigkeit bei Anwendung mit Profilblechen führen.

Influence of the degree of shear connection on the load-bearing behaviour of composite beams with additional profiled steel decking.
In the frame of a European research project, composite beams with additional profiled steel decking were investigated. Under certain conditions, current rules of Eurocode 4 lead to inefficient dimensions of composite beams especially in view of the minimum degree of shear connection, above all when using modern profiled steel decking. Furthermore, the connection of steel beam and concrete slab is limited by the rib distance of the steel decking profiles. To investigate the realistic behaviour of composite beams with low degrees of shear connection, a comprehensive study on push-out specimens and short composite beams was carried out. New findings gained by these tests should lead to new rules for the minimum degree of shear connection and for the load-bearing capacity of headed studs in combination with additional profiled steel decking.

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Kuhlmann, Ulrike; Hoffmann, NadineAußergewöhnliche Bemessungssituationen nach DIN EN 1991-1-7 - Effektive Anwendung und Bemessungsstrategien für Stahl- und VerbundrahmentragwerkeStahlbau7/2016466-472Fachthemen

Kurzfassung

Ein Stützenausfall kann innerhalb der Tragstruktur zu einem Versagen der Gesamtstruktur und damit zum Einsturz des Gebäudes führen. Um solch ein globales Versagen durch lokales Versagen zu vermeiden, muss innerhalb der Tragstruktur eine Umlagerung der Schnittgrößen ermöglicht werden, das heißt es müssen sich alternative Lastpfade ausbilden können, um so die Robustheit der Stahl- und Verbundrahmenkonstruktion zu gewährleisten. Solch eine Schnittgrößenumlagerung, zum Beispiel von einem reinen Biegezustand in einen gemischten Biege-Membranspannungszustand, bedingt unter Umständen sehr große Verformungen, die zu großen Deformationen der Anschlüsse führen.
Im Rahmen des DASt/Aif-Forschungsprojekts Nr. 17153N “Außergewöhnliche Bemessungssituationen nach DIN EN 1991-1-7 - Effektive Anwendung und Bemessungsstrategien für Stahl- und Verbundrahmentragwerke” wurde unter anderem durch vier Versuche an Verbundknoten unter gleichzeitig und nacheinander aufgebrachter Momenten-Normalkraft-Beanspruchung die Verformungsfähigkeit der Anschlüsse getestet. Dabei wurde jeweils ein positives als auch ein negatives Anschlussmoment mit entsprechend unterschiedlichem Trag- und Verformungsverhalten der Betonplatte untersucht. Der Einfluss der dabei auftretenden dynamischen Effekte, wie sie zum Beispiel im Falle eines Fahrzeuganpralls auftreten könnten, wurde im Rahmen des europäischen RFCS-Forschungsprojekts “RobustImpact” mit vier weiteren Versuche zur Untersuchung des Trag- und Verformungsverhaltens der Verbundknoten unter hohen Geschwindigkeiten geprüft.
Da sich die erforderliche Rotationsfähigkeit aus dem jeweiligen Rahmensystem ergibt, wurden zusätzlich zwei Versuche an Verbundrahmenkonstruktionen durchgeführt. Dabei wurde nach Aufbringung einer Streckenlast ein Stützenausfall durch Wegnehmen der Mittelstütze simuliert. Große Verformungen sind in den Knoten erforderlich, um einen Spannbandeffekt im Verbundrahmen zu aktivieren und so eine zusätzliche vertikale Beanspruchung aufnehmen zu können, ohne dass ein vorzeitiges Versagen auftritt. Am Beispiel einer Referenzstruktur wird anschließend gezeigt, wie ein vereinfachter Rotationsnachweis der Anschlüsse möglich ist.

Exceptional design situations according to DIN EN 1991-1-7 - Effective application and design strategies for steel and composite buildings.
A local damage within a frame structure (e. g. column loss) may lead to a failure of the global structure and therefore to a collapse of the building. To avoid such a global failure through local damage it is necessary to enable a redistribution of loadings within the structure. This means that the development of alternate load paths should be enabled in order to enhance the structural robustness. Such a redistribution of loadings from a pure bending to a bending-membrane-loading causes under certain circumstances large deflections leading to big deformations of the joints.
In the frame of a German research project “Exceptional design situations according to DIN EN 1991-1-7 - Effective application and design strategies for steel and composite buildings” four tests on composite joints under simultaneous and successive M-N-loading have been performed. The different behaviour of sagging and hogging moment at the joints was investigated and the different load bearing behaviour as well as deformation behaviour of the concrete plate was considered. The influences of the dynamic effects, as they occur in the case of an impact, on the deformation behaviour of the joints are worked out within four further tests on composite joints under high speed loading in the frame of a European research project “RobustImpact”.
As the required rotation capacity can only be determined in real frame structures additionally two tests on composite frames have been performed with the aim to absorb an additional vertical loading through large deformations activating the catenary effect in the composite frame without receiving a premature failure.

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Ungermann, Dieter; Pätzold, AnjaExperimentelle Untersuchungen an Ständerrahmen des HochregallagerbausStahlbau7/2016473-476Fachthemen

Kurzfassung

Die Bauhöhe von Hochregallagern ist in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Entsprechend besteht Bedarf, den kontinuierlich wachsenden Anforderungen, denen Hochregallager in Stahlbauweise genügen müssen, durch Weiterentwicklungen und Optimierungen der Konstruktion zu begegnen. Von essentieller Bedeutung für die Stabilität und Gebrauchstauglichkeit von Hochregallagern ist die Schubsteifigkeit von Ständerrahmen.
Geschlossene theoretische Ansätze zur realitätsnahen Erfassung der Schubsteifigkeit von Ständerrahmen mit dünnwandigen Stahlquerschnitten und einfachen Verbindungen, wie sie im Hochregallagerbau eingesetzt werden, existieren derzeit nicht. Aus diesem Grund ist es in der Regalbauindustrie immer noch gängige Praxis, die Schubsteifigkeit eines Ständerrahmens experimentell in so genannten Rahmenschubversuchen nach DIN EN 15512 zu ermitteln.
In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt werden die für die Schubsteifigkeit von Ständerrahmen im Hochregallagerbau maßgebenden Einflussparameter qualifiziert und quantifiziert. Des Weiteren sollen auf dieser Basis Berechnungsgrundlagen abgeleitet werden, um analytische Methoden zur realitätsnahen Bestimmung der Schubsteifigkeit zu entwickeln.

Experimental analysis of upright frames in high-bay racking construction.
The height of high-bay warehouses has risen constantly in recent years. Accordingly, there exists a need to meet the continuously increasing requirements of high-bay warehouse in steel construction by upgrading and optimizing their design. The shear stiffness of the upright frames is of crucial importance for the stability and serviceability of high-bay warehouses.
Closed theoretical approaches for a realistic survey of the shear stiffness of upright frames with thin-walled steel profiles and simple joints, such as those used in high-bay racking systems, currently do not exist. For this reason, it is still common practice within the shelf construction industry, to determine experimentally the shear stiffness of an upright frame in so-called frame shear tests according to DIN EN 15512.
The research project presented hereafter qualifies and quantifies the relevant parameters for the shear stiffness of upright frames in high-bay racking systems. Additionally, a calculation basis should be determined in order to develop analytical methods for a realistic determination of the shear stiffness.

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